(57)【要約】【課題】フォトダイオード形成領域に発生した光発生電荷をより多く読み出すことができるようにしたラインセンサを提供する。【解決手段】ラインセンサ４は、所定の間隔をおいて直線状に配列された複数の受光素子２１を含む。各受光素子２１は、入射光に応じた光発生電荷を生成するフォトダイオード形成領域ＰＤと、光発生電荷の電荷量を検出する検出トランジスタであって、フォトダイオード形成領域ＰＤの略中央に配置された検出トランジスタとを含む。【選択図】図４
2007073864.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の間隔をおいて直線状に配列された複数の受光素子を含むラインセンサであって、
各受光素子は、
入射光に応じた光発生電荷を生成するフォトダイオード形成領域と、
前記光発生電荷の電荷量を検出する検出トランジスタであって、前記フォトダイオード形成領域の略中央に配置された前記検出トランジスタと、
を含む、ラインセンサ。
【請求項２】
前記検出トランジスタは、ゲート電極、ソース領域、ドレイン領域および蓄積領域を有し、
前記ゲート電極は、リング形状であり、
前記ソース領域は、前記ゲート電極の内側に形成され、
前記ドレイン領域は、前記ゲート電極の外側に形成され、
前記蓄積領域は、前記ゲート電極の下方に形成され、前記光発生電荷を蓄積する、請求項１記載のラインセンサ。
【請求項３】
前記検出トランジスタは、前記蓄積領域に蓄積された前記光発生電荷に応じて閾値電圧が変化し、該閾値電圧に基づいた信号を出力する、請求項１乃至２いずれか一つに記載のラインセンサ。
【請求項４】
前記フォトダイオード形成領域は、ポテンシャル分布を有し、
前記ポテンシャル分布は、前記略中央に向かって前記光発生電荷が移動し易い不純物プロファイルを有する、請求項１乃至３いずれか一つに記載のラインセンサ。
【請求項５】
所定の間隔をおいて直線状に配列された複数の受光素子を含むラインセンサであって、
各受光素子は、
入射光に応じた光発生電荷を生成するフォトダイオード形成領域と、
前記フォトダイオード形成領域の略中央に配置されたリング形状の転送ゲートと、
前記転送ゲートの内側に配置されたフローティングディフュージョン領域であって、前記転送ゲートの制御によって前記光発生電荷が転送されるフローティングディフュージョン領域と、
を含む、ラインセンサ。
【請求項６】
前記フローティングディフュージョン領域は、前記光発生電荷の転送量に基づく電位を出力する、請求項５記載のラインセンサ。
【請求項７】
前記フォトダイオード形成領域は、ポテンシャル分布を有し、
前記ポテンシャル分布は、前記略中央に向かって前記光発生電荷が移動し易い不純物プロファイルを有する、請求項５乃至６いずれか一つに記載のラインセンサ。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７いずれか一つに記載のラインセンサを含む、画像情報読取装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラインセンサ及び画像情報読取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、固体撮像装置として、ＣＣＤ(Charge coupled device)センサ、ＣＭＯＳセンサなどがあり、固体撮像装置であるラインセンサは、スキャナ、複写機等に広く利用されている。固体撮像装置は、光を受けて電荷を発生させるフォトダイオードを有し、光電変換素子として機能する。例えば、フォトダイオードにおいて発生した光発生電荷の量は、転送ゲートを介してフォトダイオードが形成された領域（以下、フォトダイオード形成領域）の一辺に隣接して設けられたＣＣＤ等の電荷転送部に転送される。電荷転送部は、光発生電荷を転送し、転送された光発生電荷は、読取手段により画像信号として読み取られる。
【０００３】
そして、光発生電荷の読み出し効率を高くするための固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。その提案に係る固体撮像装置は、フォトダイオード形成領域内のポテンシャル傾斜を、転送ゲートに近いほどポテンシャル井戸が深くなるように構成する。転送ゲートに近いほどポテンシャル井戸が深いため、固体撮像装置では、より短い時間で電荷の読み出しが可能となり、結果として読み出し効率が高くなる。
【特許文献１】特開2002-231926号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、読み出しゲートはフォトダイオード形成領域の一端部に隣接して配置されているため、その端部と反対側の端部近傍の電荷、すなわち、転送ゲートまでの距離が遠い電荷は、転送ゲートに到達するまで時間が長くなってしまい、転送ゲートまで到達できない電荷が生じる。例えば、ラインセンサが搭載されるスキャナ等の機器では高速な処理が要求されるため、電荷が転送ゲートに移動するまでの時間は、長くできない。従って、そのような残存電荷は、結局、画像の読み取り信号に寄与しないため、ラインセンサの感度向上が図れないという問題があった。
【０００５】
また、転送ゲートまでの距離が長いために転送ゲートに到達しなかった電荷は、フォトダイオード形成領域内に残存するため、残像、出力バラツキ等の原因となるという問題もあった。
【０００６】
そこで、本発明は、以上のような問題に鑑みて成されたもので、フォトダイオード形成領域に発生した光発生電荷をより多く読み出すことができるようにしたラインセンサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態のラインセンサは、所定の間隔をおいて直線状に配列された複数の受光素子を含むラインセンサであって、各受光素子は、入射光に応じた光発生電荷を生成するフォトダイオード形成領域と、前記光発生電荷の電荷量を検出する検出トランジスタであって、前記フォトダイオード形成領域の略中央に配置された前記検出トランジスタと、を含む。
【０００８】
本発明の一実施形態のラインセンサは、前記検出トランジスタが、ゲート電極、ソース領域、ドレイン領域および蓄積領域を有し、前記ゲート電極は、リング形状であり、前記ソース領域は、前記ゲート電極の内側に形成され、前記ドレイン領域は、前記ゲート電極の外側に形成され、前記蓄積領域は、前記ゲート電極の下方に形成され、前記光発生電荷を蓄積する。  
このような構成によれば、フォトダイオード形成領域に発生した光発生電荷をより多く読み出すことができるようにしたラインセンサを実現することができる。
【０００９】
本発明の一実施形態のラインセンサは、前記検出トランジスタが、前記蓄積領域に蓄積された前記光発生電荷に応じて閾値電圧が変化し、該閾値電圧に基づいた信号を出力する。  
このような構成によれば、閾値変調型のセンサにおいて、フォトダイオード形成領域に発生した光発生電荷をより多く読み出すことができるようにしたラインセンサを実現することができる。
【００１０】
本発明の一実施形態のラインセンサは、前記フォトダイオード形成領域が、ポテンシャル分布を有し、前記ポテンシャル分布は、前記略中央に向かって前記光発生電荷が移動し易い不純物プロファイルを有する。  
このような構成によれば、周辺部から効率よく電荷を収集することができる。
【００１１】
本発明の一実施形態のラインセンサは、所定の間隔をおいて直線状に配列された複数の受光素子を含むラインセンサであって、各受光素子は、入射光に応じた光発生電荷を生成するフォトダイオード形成領域と、前記フォトダイオード形成領域の略中央に配置されたリング形状の転送ゲートと、前記転送ゲートの内側に配置されたフローティングディフュージョン領域であって、前記転送ゲートの制御によって前記光発生電荷が転送されるフローティングディフュージョン領域と、を含む。
【００１２】
本発明の一実施形態のラインセンサは、前記フローティングディフュージョン領域が、前記光発生電荷の転送量に基づく電位を出力する。  
このような構成によれば、フォトダイオード形成領域に発生した光発生電荷をより多く読み出すことができるようにしたラインセンサを実現することができる。
【００１３】
本発明の一実施形態のラインセンサは、前記フォトダイオード形成領域が、ポテンシャル分布を有し、前記ポテンシャル分布は、前記略中央に向かって前記光発生電荷が移動し易い不純物プロファイルを有する。  
このような構成によれば、周辺部から効率よく電荷を収集することができる。
【００１４】
本発明の一実施形態の画像情報読取装置は、上記のラインセンサを含む、画像情報読取装置である。  
このような構成によれば、高速な処理が要求される画像情報読取装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。  
（第１の実施の形態）  
まず図１に基づき、本実施の形態に係わるラインセンサが用いられる電子機器である画像情報読取装置の構成を説明する。図１は、本実施の形態に係わる画像情報読取装置の構成を示す構成図である。図２は、図１に示した画像情報読取装置の読み取り機構を説明するための概略断面図である。
【００１６】
図１に示すように、画像情報読取装置１は、ラインセンサユニット２を有する。ラインセンサユニット２は、細長い板状の基板３上に、基板３の長手軸方向に直線状に並べて配置された複数のラインセンサチップ４を有する。複数のラインセンサチップ４は、それぞれ複数の受光素子を有しており、複数のラインセンサチップ４が直線状に並べられたときに、互いに複数の受光素子が直線状に並ぶように、基板３上に配置されている。ラインセンサユニット２には、複数のレンズ５が設けられている。複数のレンズ５は、各レンズがラインセンサチップ４の各受光素子に対応した位置に位置するように、ラインセンサチップ４上に配置される。複数のレンズ５は、例えば複数のセルフォックレンズアレイである。さらに、ラインセンサユニット２には、光源装置としての細長いランプ６が設けられている。そして、基板３上には、複数のラインセンサチップ４からの画像信号を順次外部の画像信号処理回路（図示せず）へ出力する出力回路７が設けられている。
【００１７】
図示しない搬送装置が画像情報読取装置１内に設けられており、ラインセンサユニット２は、その搬送装置によって基板３の長手軸方向に直交する方向Ｌ１に移動可能となっている。ラインセンサユニット２の移動に伴って、画像情報読取装置１のガラス板等の透明板（図示せず）に密着して置かれた画像情報の読取対象の媒体である紙１１の表面からの反射光を、直線状に並んだ複数のラインセンサチップ４が受光する。
【００１８】
図２に示すように、ランプ６からの光は紙１１の表面で反射され、ラインセンサユニット２は、紙１１からの反射光をレンズ５を通してラインセンサチップ４によって受光しながら、紙１１の画像情報記録面に対して所定の距離を保ちつつ、所定の方向Ｌ１に沿って移動する。その結果、ラインセンサユニット２は、紙１１を走査しながら、画像情報を読み取ることができる。
【００１９】
図３は、ラインセンサチップ４の構成を説明するための模式的平面図である。ラインセンサチップ４は、複数の受光素子２１を有する。複数の受光素子２１は、所定の間隔をおいて、一列に、すなわち直線状にラインセンサチップ４の表面上に形成されて配置されている。直線状に配置するとは、受光素子を一列に配置することに限らず、受光素子を三列に並べることを含む。受光素子を三列に配置した場合は、白色光を照射して、ＲＧＢセンサとして読み取る。
【００２０】
さらに、ラインセンサチップ４は、タイミング信号発生回路としてのタイミングジェネレータ（ＴＧ）２２と、各受光素子２１を駆動するための駆動回路２３と、各受光素子２１からの画素信号を走査して読み出す走査回路２４と、走査回路２４からの画素信号を増幅して出力する増幅器２５とを有する。増幅器２５からの出力信号は、上述した出力回路７へ供給される。
【００２１】
従って、画像情報読取装置１では、図示しない制御部からの各種制御信号が、ラインセンサユニット２、搬送装置（図示せず）へ供給される。各種制御信号を受信したラインセンサユニット２は、内部で所定の制御信号を生成して、各ラインセンサチップ４を駆動し、画像信号を読み出して出力する。その結果、画像情報読取装置１は、紙１１の画像情報を読み取ることができる。
【００２２】
次に、ラインセンサチップ４の各受光素子の構造について説明する。図４は、ラインセンサチップ４に形成された１つの受光素子２１の平面図である。図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った受光素子２１の断面図である。
【００２３】
受光素子２１は、基板平面に対して直交する方向からみたときに、角が丸くなるように形成された方形形状を有している。すなわち、鉛直上方から見たとき、受光素子の平面形状は、方形形状であり、該方形形状の角部は丸みをおびている。
【００２４】
方形形状の受光素子２１の略中央部には、検出素子３１が形成されている。本実施の形態においては、検出素子３１は、閾値変調方式の変調トランジスタＴｍである。
【００２５】
変調トランジスタ形成領域ＴＭの周囲に、フォトダイオードが、環状（リング状）に形成されている。図４においては、フォトダイオードが形成される領域を、フォトダイオード形成領域ＰＤとして示している。
【００２６】
図５に示すように、各受光素子２１は、基板１０１のＰ型基板１０１ａ上に形成される。フォトダイオード形成領域ＰＤでは、Ｐ型基板１０１ａ上に、基板の深い位置にＮ-のＮ型ウェル１０２が形成されている。一方、変調トランジスタ形成領域ＴＭでは、Ｐ型基板１０１ａ上に、基板の比較的浅い位置にＮ-のＮ型ウェル１０３が形成されている。なお、図５及びその説明中、Ｎ，Ｐの添え字の−，＋はその数によって不純物濃度のより薄い部分（添え字−−）からより濃い部分（添え字＋＋）の状態を示している。なお、本実施の形態では、光発生電荷として正孔が用いられる。
【００２７】
図５に示すように、フォトダイオード形成領域ＰＤのＮ型ウェル１０２上及び変調トランジスタ形成領域ＴＭのＮ型ウェル１０３上には、Ｐ型不純物層１０４が形成され、そのＰ型不純物層１０４は蓄積ウェルとして機能する。また、基板表面には略全面に渡って、Ｎ+拡散層１０５が形成されている。Ｎ+拡散層１０５は、Ｎ-のＮ型ウェル１０２と物理的に接していて、且つ、電気的に接続されている。
【００２８】
Ｎ+拡散層１０５は、受光素子毎に形成されており、隣り合う受光素子２１とは分離されている。具体的には、図５に示すように、隣り合う受光素子２１同士は、分離層ＩＳとしてのＰ型基板１０１ａのＰ型不純物層によって分離される。
【００２９】
フォトダイオードは、光電変換素子としての機能を有する。フォトダイオード形成領域ＰＤは、基板１０１下方に形成されたＮ型ウェル１０２と、該Ｎ型ウェル１０２の上方に形成されたＰ型不純物層１０４とを含む。Ｎ型ウェル１０２と、Ｐ型不純物層１０４との境界領域には空乏領域が形成され、この空乏領域において、フォトダイオード形成領域ＰＤの光を受ける開口領域を介して入射した光による光発生電荷が生じる。その発生した光発生電荷はＰ型不純物層１０４に蓄積される。  
変調トランジスタ形成領域ＴＭに形成される電圧を検出する検出素子３１は、増幅手段としての変調トランジスタＴｍであり、例えば、ＮチャネルディプレッションＭＯＳトランジスタである。変調トランジスタ形成領域ＴＭのＮ型ウェル１０３上には、基板１０１表面にゲート絶縁膜１１０を介して略リング状（図４では８角形）のゲート（以下、リングゲート又は単にゲートともいう）３２が形成されている。リングゲート３２の下には、変調トランジスタＴｍのチャネルを構成するＮ+拡散層１０５がある。
【００３０】
リングゲート３２の開口部分の中央の基板表面にはＮ++拡散層が形成されてソース領域（以下、単にソースともいう）が形成されている。変調トランジスタ形成領域ＴＭのＮ型ウェル１０３上のＰ型不純物層１０４内には、リングゲート３２のリング形状に沿って形成されたリング状の、Ｐ+拡散によるフローティングディフュージョン領域であるＰ型の高濃度不純物領域のキャリアポケット１０７が形成されている。このキャリアポケット１０７を含むＰ型不純物層１０４を含む蓄積ウェルが変調用ウェルとして機能する。また、リングゲート３２の周囲のＮ+拡散層１０５は、ドレイン領域（以下、単にドレインともいう）を構成する。
【００３１】
以上のように、変調トランジスタＴｍは、リングゲート３２と、リングゲート３２の中央部のソース領域と、リングゲート３２の周囲のドレイン領域によって構成される。  
変調用ウェルとなるＰ型の蓄積ウェルは、変調トランジスタＴｍのチャネルの閾値電圧を制御し、キャリアポケット１０７に蓄積された電荷に応じてチャネルの閾値電圧が変化するようになっている。
【００３２】
また、図４に示すように、リングゲート３２の所定位置には、基板１０１表面近傍にＮ+層のゲートコンタクト領域３３が形成される。ソース領域の所定位置には、基板１０１表面近傍にＮ+層のソースコンタクト領域３４が形成される。ドレイン領域の所定位置には、基板１０１表面近傍にＮ+層のドレインコンタクト領域３５が形成される。なお、図５に示すように、ソースコンタクト領域３４は、配線層１０８に接続され、ドレインコンタクト領域３５は、配線層１０９に接続されている。
【００３３】
変調トランジスタ形成領域ＴＭのソース電位は、変調用ウェルに転送された電荷の量、即ち、フォトダイオードとして機能するフォトダイオード形成領域ＰＤへの入射光に応じたものとなる。
【００３４】
特に、Ｐ型不純物層１０４は、基板１０１の表面に直交する方向からみると、角が丸くなるように形成された方形形状を有しており、図４に点線で示すように、Ｐ型不純物の濃度が、方形形状のＰ型不純物層１０４の周辺部から中心部に向かって高くなるように形成されている。具体的には、Ｐ型不純物の濃度のレベルは、３レベルであり、中心領域１０４ａは、周辺領域１０４ｃよりもその濃度は高く、中間領域１０４ｂの濃度は、中心領域１０４ａの濃度と周辺領域１０４ｃの濃度の間の濃度である。
【００３５】
このような濃度差を有するＰ型不純物層１０４は、例えば、イオン注入による不純物の注入を、３回に分けて行うことによって形成することができる。その場合、一回目のイオン注入は、外側の周辺領域１０４ｃを含めて全体に対して行い、２回目は、中間領域１０４ｃを含む内側に対して行い、そして、３回目は、中心領域１０４ａのみに対して行う。
【００３６】
なお、濃度レベルは、本実施の形態では、３レベルであるが、２レベルでもよいし、４レベル以上でもよい。このような構成によれば、周辺部から効率よく電荷を収集することができる。  
従って、上述したＰ型不純物の濃度勾配は、フォトダイオード形成領域ＰＤと、検出素子を構成するリングゲート３２の形状に合わせて、同心の形状になっている。
【００３７】
なお、基板表面には、図示しない層間絶縁膜を介して、各種配線層が形成され、上述した配線１０８等と接続されている。  
さらになお、濃度レベルが１レベル、すなわちＰ型不純物層１０４の周辺部から中心部に向かって濃度が同じでもよい。Ｐ型不純物層１０４内に濃度勾配がなくても、キャリアポケット１０７があるため、キャリアポケット１０７に向かってポテンシャルの勾配は存在する。
【００３８】
図６は、本実施の形態に係るラインセンサのポテンシャルを説明するための図である。図６は、上部に受光素子２１の断面を示し、下部にその断面に対応するポテンシャル図を示す。
【００３９】
図６に示すように、Ｐ型不純物層１０４の周辺部から中心部に向かって、周辺領域１０４ｃ、中間領域１０４ｂ及び中心領域１０４ａの不純物濃度差に応じて、ポテンシャルは低くなっていき、高濃度不純物領域のキャリアポケット１０７のところで最もポテンシャルが低くなっている。フォトダイオード形成領域ＰＤは、このようなポテンシャル勾配を有するので、光発生電荷をキャリアポケット１０７に移動させ易くなっている。
【００４０】
このような構成にかかる受光素子２１の動作例を説明する。  
まず、受光素子２１において、リングゲート３２に高い電圧を印加して、蓄積ウェルとしてのＰ型不純物層１０４内の電荷をＰ型基板１０１ａを通して掃き出すことによって、リセット動作が行われる。
【００４１】
このリセット動作直後には、蓄積ウェル内には電荷はないので、蓄積ウェルが空の状態における変調トランジスタＴｍの出力電圧を検出する。この出力電圧の検出動作が、ノイズ成分の検出動作である。
【００４２】
次に、受光素子２１のフォトダイオード形成領域ＰＤに光が当っていれば、Ｐ型不純物層１０４内に光発生電荷が生じる。この電荷の発生が所定時間継続され、その期間が、蓄積期間となる。
【００４３】
蓄積期間の間に、光量に応じた光発生電荷がＰ型不純物層１０４内に保持される。変調トランジスタＴｍは、Ｐ型不純物層１０４内に電荷が保持されることにより、バックゲートバイアスが変化したことと等価となり、Ｐ型不純物層１０４内の電荷量に応じてチャネルの閾値電圧が変化する。これにより、変調トランジスタＴｍの出力電圧は、Ｐ型不純物層１０４内の電荷量に応じたもの、すなわち、フォトダイオード形成領域ＰＤの受光量を示す電圧となる。この電圧の検出動作が、信号成分の検出動作となる。  
ノイズ成分の電圧信号と信号成分の電圧信号は、それぞれ図示しないサンプルホールド回路によりサンプルホールドされて、コンデンサに蓄積され、比較される。従って、いわゆるＣＤＳ機能を有するラインセンサの受光素子が、実現される。
【００４４】
以上のように、本実施の形態の受光素子２１では、フォトダイオード形成領域ＰＤの中心部に検出素子が形成されているので、フォトダイオード形成領域ＰＤにおいて発生した光発生電荷の検出素子までの距離は、従来に比べて半分にすることができる。
【００４５】
従って、上述したラインセンサによれば、各検出素子がそれぞれのフォトダイオード形成領域の中央部に設けられているので、フォトダイオード形成領域において発生した光発生電荷が、略中央の検出素子に集まり易くなるので、各検出素子は、光発生電荷をより多く読み出すことができ、その結果、ラインセンサの感度が向上する。
【００４６】
（第２の実施の形態）  
第１の実施の形態では、検出素子は、変調トランジスタＴｍのチャネルの閾値電圧の変化を利用して、受光量の検出を行うものであるが、第２の実施に形態は、不純物層内に蓄積された電荷量に基づく電位を、増幅トランジスタのゲートに供給するような構成にした点が第１の実施の形態と異なる。第２の実施の形態に係る構成を利用するラインセンサとしては、例えば、ＣＭＯＳセンサがある。本実施の形態に係る受光素子も、図１及び図２に示した画像情報読取装置に適用可能となるので、画像情報読取装置の説明は省略する。
【００４７】
図７は、本実施の形態に係わるラインセンサチップ４上の１つの受光素子１２１の平面図と検出回路を示す図である。図８は、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った受光素子１２１の断面図である。
【００４８】
受光素子１２１は、基板平面に対して直交する方向からみたときに、角が丸くなるように形成された方形形状を有している。方形形状の受光素子１２１の中央部には、フローティングディフュージョン領域ＦＤが形成されている。フローティングディフュージョン領域ＦＤの周囲に、フォトダイオード形成領域ＰＤが、リング状に形成されている。
【００４９】
フローティングディフュージョン領域ＦＤの中心部には、コンタクト領域１３４があり、そのコンタクト領域１３４は、配線層２０８（図８）を介して、リセットトランジスタＴＲＳのソースと、増幅トランジスタＴＡのゲートに接続されている。尚、リセットトランジスタＴＲＳと増幅トランジスタＴＡとは、フォトダイオード形成領域ＰＤの外側に形成される。
【００５０】
図８に示すように、各受光素子１２１は、Ｐ型基板２０１ａ上に形成される。フォトダイオード形成領域ＰＤのＰ型基板２０１ａ上には、Ｎ-のＮ型不純物層２０４がリング状に形成されている。一方、フローティングディフュージョン形成領域ＦＤのＰ型基板２０１ａ上には、フローティングディフュージョンとなるＮ+のＮ型不純物層２０３が形成されている。なお、図８及びその説明中、Ｎ，Ｐの添え字の−，＋はその数によって不純物濃度のより薄い部分（添え字−−）からより濃い部分（添え字＋＋）の状態を示している。なお、本実施の形態では、光発生電荷として電子が用いられる。
【００５１】
図８に示すように、フォトダイオード形成領域ＰＤのＮ型不純物層２０４の基板表面には、Ｐ+拡散層２０５が形成されている。Ｐ+拡散層２０５は、Ｐ型基板２０１ａと物理的に接していて、且つ、電気的に接続されている。
【００５２】
Ｐ+拡散層２０５は、受光素子毎に形成されており、隣り合う受光素子１２１同士を分離するように形成されている。具体的には、図８に示すように、隣り合う受光素子１２１同士は、分離層ＩＳとしてのＰ型基板２０１ａのＰ型不純物層によって分離される。
【００５３】
光電変換素子の機能を有するフォトダイオード形成領域ＰＤの下方の基板２０１ａとＮ型不純物層２０４との境界領域には空乏領域が形成され、この空乏領域において、フォトダイオード形成領域ＰＤの光を受ける開口領域を介して入射した光による光発生電荷が生じる。その発生した光発生電荷はＮ型不純物層２０４に蓄積される。  
基板表面に直交する方向から見て、フローティングディフュージョン領域ＦＤを囲むように、基板２０１ａ表面にゲート絶縁膜２１０を介して略リング状（図７では８角形）のゲート（以下、リングゲート又は単にゲートともいう）１３２が形成されている。
【００５４】
リングゲート１３２は、Ｎ型不純物層２０４に保持されている光発生電荷を、基板表面のＮ型不純物層２０３に転送する転送ゲートして機能する。従って、フローティングディフュージョン領域ＦＤとリングゲート１３２によって、フローティングディフュージョン領域ＦＤの電位を検出して、増幅トランジスタＴＡのゲートに供給する検出素子１３１が構成される。そして、その検出素子１３１は、フォトダイオード形成領域ＰＤに囲まれるようにして、フォトダイオード形成領域ＰＤの中央部に設けられている。
【００５５】
なお、基板表面には、図示しない層間絶縁膜を介して、各種配線層が形成され、上述した配線２０８等と接続されている。  
このような構成により、Ｎ型不純物層２０４内に蓄積された電荷量に基づく電位を、増幅トランジスタＴＡのゲートに供給することができる。
【００５６】
このような構成にかかる受光素子１２１の動作例を説明する。  
まず、リングゲート１３２に所定の電圧を印加して、Ｎ型不純物層２０３内の残存電荷を掃き出すことによって、リセット動作が行われる。このリセット動作直後には、Ｎ型不純物層２０３の電位はリセット電圧に固定される。フローティングディフュージョン領域ＦＤに応じて、増幅トランジスタＴＡのゲート電位は変化するので、増幅トランジスタＴＡの出力ＶＯＵＴは、フローティングディフュージョン領域ＦＤに電荷がないときの電位に応じた、すなわちノイズ成分に応じた出力となる。この出力の検出動作が、ノイズ成分の検出動作である。
【００５７】
次に、受光素子１２１のフォトダイオード形成領域ＰＤに、光が当っていれば、Ｎ型不純物層２０４内に光発生電荷が生じる。この電荷の発生は所定時間継続され、その期間が、蓄積期間となる。
【００５８】
蓄積期間の間に、光量に応じた光発生電荷がＮ型不純物層２０４内に保持される。Ｎ型不純物層２０４内に保持された電荷を、リングゲート１３２に高い所定の電圧を印加することによって、Ｎ型不純物層２０３へ転送する。この転送動作により、Ｎ型不純物層２０３内には電荷が移動する。移動した電荷量に応じて、増幅トランジスタＴＡのゲート電位は変化するので、増幅トランジスタＴＡの出力ＶＯＵＴは、フローティングディフュージョン領域ＦＤ内の電荷量による電位に応じた、すなわち信号成分に応じた出力となる。この出力の検出動作が、信号成分の検出動作である。
【００５９】
ノイズ成分の電圧信号と信号成分の電圧信号は、それぞれ図示しないサンプルホールド回路によりサンプルホールドされて、コンデンサに蓄積され、比較される。従って、いわゆるＣＤＳ機能を有するラインセンサの受光素子が、実現される。
【００６０】
以上のように、上述したラインセンサによれば、各検出素子がそれぞれのフォトダイオード形成領域の略中央に設けられているので、フォトダイオード形成領域において発生した光発生電荷が、略中央の検出素子に集まり易くなるので、各検出素子は、光発生電荷をより多く読み出すことができ、その結果、ラインセンサの感度が向上する。
【００６１】
なお、上述した２つの実施の形態では、検出素子はフォトダイオード形成領域の中央部に設けられているが、本発明の意図するところから、検出素子は完全な中央の部分ではなくても、略中央部に設けられていればよい。
【００６２】
本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係わる画像情報読取装置の構成を示す構成図。
【図２】図１に示した画像情報読取装置の読み取り機構を説明するための概略断面図。
【図３】第１の実施の形態に係わるラインセンサチップの模式的平面図。
【図４】第１の実施の形態に係わる受光素子の平面図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿った受光素子の断面図。
【図６】第１の実施の形態に係るラインセンサのポテンシャルを説明するための図。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係わる受光素子平面図と検出回路を示す図。
【図８】図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った受光素子の断面図。
【符号の説明】
【００６４】
１  画像読取装置、２  ラインセンサユニット、３  基板、４  ラインセンサチップ、５  レンズ、６  ランプ、７  出力回路、１１  紙、２１、１２１  受光素子、２２  タイミングジェネレータ、２３  駆動回路、２４  走査回路、２５  増幅器、３１、１３１  検出素子、３２、１３２  リングゲート
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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